气泡室的改进

气泡室的改进

由于气泡室比云室要灵敏得多，它对高能粒子的研究具有极重要的作用。当粒子通过同样的距离，在气泡室中比在云室中可以撞到更多的物质，这样就使粒子的速度很快地降下来，所以形成的径迹较短，径迹也更加完整，也就有利于科学家们分辨粒子的种类和性质，从而对粒子进行整体上的研究。

格拉泽发明气泡室后，位于美国纽约的布鲁克海文实验室的高能同步加速器和位于加利福尼亚的劳伦斯实验室的高能质子加速器都添置了气泡室，并在高能物理研究上发挥了极重要的作用。

由于气泡室的发明，格拉泽获得了1960年度的诺贝尔物理学奖。有趣的是，在获奖的同时，格拉泽宣布将个人的兴趣开始从核物理学转向分子生物学。而对气泡室的改进，美国科学家路易斯·阿尔瓦雷斯则做出了重要的贡献。

阿尔瓦雷斯考入芝加哥大学后，先学的是化学，后来才改学物理学。从1934年他获得博士学位，到第二次世界大战结束，阿尔瓦雷斯在核物理学的实验方面做了一些很有益的工作，此间他还参加了雷达的研制工作，并对原子弹的设计提出了很好的建议。战争结束后，他来到加州大学的辐射实验室工作，在这里他创建了第一台质子直线加速器。

1953年，珂尔瓦雷斯来到华盛顿参加学术会议，他看到了格拉泽用气泡室拍摄的粒子径迹照片。这是利用充有乙醚的玻璃瓶拍下来的。回到加州大学后，阿尔瓦雷斯等人也开始了气泡室和相关仪器的研制工作。除了研制液态氢气泡室，他们还着手发明新的半自动径迹测量仪器，以及计数器的研究。为此，他们研制出了比格拉泽的气泡室大得多的气泡室。

经过精心的设计，阿尔瓦雷斯逐渐扩大了液态氢气泡室的容积，玻璃室的直径最初为25毫米，此后不断扩大，最后一直增加了几十倍。除了气泡室的不断改进，他还研制或改进了新型显微镜和计数器，这样对粒子运动和性质有了更加全面的认识，利用这种气泡室和其他的仪器，他发现了近百种的粒子。

由于探测器的不断改进，阿尔瓦雷斯所测量出的粒子各种“事件”不断增多。以1968年为例，他当年完成的测量工作超过了100万个事件，这个数量差不多是所有其他实验室工作量的总和。

由于阿尔瓦雷斯在高能物理学上的杰出研究，特别是对液态氢气泡室的改进，使他获得了1968年度的诺贝尔物理学奖。

气泡室刚刚问世的时候，体积是很小的，只有几立方厘米。随着技术的进步，探测手段的改进，在以后的几十年中，气泡室越造越大，结构也越来越复杂。如今，除了气泡室主体部分之外，还具有先进的照相和摄制系统、热调节系统、膨胀与压缩系统、控制系统；还采用了先进的超导磁体来产生强磁场；还设有安全防护装置，形成了一个庞大的工作系统，成为一种现代化的大型探测工具。

自气泡室问世以来，它在宇宙线的研究和粒子物理实验方面取得了辉煌的成就。在这期间，各种类型的加速器相继建成，两者结合使用，对于气泡室来说，真是如虎添翼。加速器作为一种高能量的粒子源，可以为气泡室提供充足的、各种能量的“炮弹”，它对于粒子间相互作用的研究、新粒子的发现以及各种粒子的情况分析等，创造了非常有利的条件，使得气泡室的作用得到了进一步的发挥。

目前，全世界运用气泡室拍摄到的粒子径迹照片，每年多达几千万张。庞大的粒子家族中，有许多重要的成员都是在气泡室中发现的，诸如超子（粒子中的一类）∑、∑^－和∑^－的反粒子、Ξ^o、Ω^－等，介子W，百余种共振态粒子，以及传递弱相互作用的中间媒介粒子Z^o……由于基本粒子的大量发现，这给美国物理学家盖尔曼的研究提供了实验基础。盖尔曼对这些粒子进行了分类，并总结为几张表，这些表的作用就像是俄国化学家门捷列夫的元素周期表一样，使人们对粒子世界的认识更加深入了。

气泡室探测效率非常高，对于一些寿命在10^－11～10^－17秒的短命粒子，同样能够进行有效的探测。由于气泡室具有多方面的优越性，时至今日，在加速器实验中，在宇宙线研究方面，仍然有着广泛的应用。